Плазменная резка металла как работает. Особенности плазменной резки металла. Пара слов о горелке

В последнее время использование плазменного потока для раскроя материалов набирает все большую популярность. Еще более расширяет сферу использования данной технологии появление на рынке ручных аппаратов, с помощью которых выполняется плазменная резка металла.

Суть плазменной резки

Плазменная резка предполагает локальный нагрев металла в зоне разделения и его дальнейшее плавление. Такой значительный нагрев обеспечивается за счет использования струи плазмы, формируют которую при помощи специального оборудования. Технология получения высокотемпературной плазменной струи выглядит следующим образом.

• Изначально формируется электрическая дуга, которая зажигается между электродом аппарата и его соплом либо между электродом и разрезаемым металлом. Температура такой дуги составляет 5000 градусов.
• После этого в сопло оборудования подается газ, который повышает температуру дуги уже до 20000 градусов.
• При взаимодействии с электрической дугой газ ионизируется, что и приводит к его преобразованию в струю плазмы, температура которой составляет уже 30000 градусов.

Полученная плазменная струя характеризуется ярким свечением, высокой электропроводностью и скоростью выхода из сопла оборудования (500–1500 м/с). Такая струя локально разогревает и расплавляет металл в зоне обработки, затем осуществляется его резка, что хорошо видно даже на видео такого процесса.

В специальных установках для получения плазменной струи могут использоваться различные газы. В их число входят:

• обычный воздух;
• технический кислород;
• азот;
• водород;
• аргон;
• пар, полученный при кипении воды.

Технология резки металла с использованием плазмы предполагает охлаждение сопла оборудования и удаление частичек расплавленного материала из зоны обработки. Обеспечивается выполнение этих требований за счет потока газа или жидкости, подаваемых в зону, где осуществляется резка. Характеристики плазменной струи, формируемой на специальном оборудовании, позволяют произвести с ее помощью резку деталей из металла, толщина которых доходит до 200 мм.

Аппараты плазменной резки успешно используются на предприятиях различных отраслей промышленности. С их помощью успешно выполняется резка не только деталей из металла, но и изделий из пластика и натурального камня. Благодаря таким уникальным возможностям и своей универсальности, данное оборудование находит широкое применение на машиностроительных и судостроительных заводах, в рекламных и ремонтных предприятиях, в коммунальной сфере. Огромным преимуществом использования таких установок является еще и то, что они позволяют получать очень ровный, тонкий и точный рез, что является важным требованием во многих ситуациях.

Оборудование для плазменной резки

На современном рынке предлагаются аппараты, с помощью которых выполняется резка металла с использованием плазмы, двух основных типов:

• аппараты косвенного действия - резка выполняется бесконтактным способом;
• аппараты прямого действия - резка контактным способом.

Оборудование первого типа, в котором дуга зажигается между электродом и соплом резака, используется для обработки неметаллических изделий. Такие установки преимущественно применяются на различных предприятиях, вы не встретите их в мастерской домашнего умельца или в гараже ремонтника.

В аппаратах второго типа электрическая дуга зажигается между электродом и непосредственно деталью, которая, естественно, может быть только из металла. Благодаря тому, что рабочий газ в таких устройствах нагревается и ионизируется на всем промежутке (между электродом и деталью), струя плазмы в них отличается более высокой мощностью. Именно такое оборудование может использоваться для выполнения ручной плазменной резки.

Любой аппарат плазменной резки, работающий по контактному принципу, состоит из стандартного набора комплектующих:

• источника питания;
• плазмотрона;
• кабелей и шлангов, с помощью которых выполняется соединение плазмотрона с источником питания и источником подачи рабочего газа;
• газового баллона или компрессора для получения струи воздуха требуемой скорости и давления.

Главным элементом всех подобных устройств является плазмотрон, именно он отличает такое оборудование от обычного сварочного. Плазмотроны или плазменные резаки состоят из следующих элементов:

• рабочего сопла;
• электрода;
• изолирующего элемента, который отличается высокой термостойкостью.

Основное назначение плазмотрона состоит в том, чтобы преобразовать энергию электрической дуги в тепловую энергию плазмы. Газ или воздушно-газовая смесь, выходящие из сопла плазмотрона через отверстие небольшого диаметра, проходят через цилиндрическую камеру, в которой зафиксирован электрод. Именно сопло плазменного резака обеспечивает требуемую скорость движения и форму потока рабочего газа, и, соответственно, самой плазмы. Все манипуляции с таким резаком выполняются вручную: оператором оборудования.

Учитывая тот факт, что держать плазменный резак оператору приходится на весу, бывает очень сложно обеспечить высокое качество раскроя металла. Нередко детали, для получения которых была использована ручная плазменная резка, имеют края с неровностями, следами наплыва и рывков. Для того чтобы избежать подобных недостатков, применяют различные приспособления: подставки и упоры, позволяющие обеспечить ровное движение плазмотрона по линии раскроя, а также постоянство зазора между соплом и поверхностью разрезаемой детали.

В качестве рабочего и охлаждающего газа при использовании ручного оборудования может использоваться воздух или азот. Такая воздушно-газовая струя, кроме того, применяется и для выдува расплавленного металла из зоны реза. При использовании воздуха он подается от компрессора, а азот поступает из газового баллона.

Необходимые источники питания

Несмотря на то что все источники питания для плазменных резаков работают от сети переменного тока, часть из них может преобразовывать его в постоянный, а другие - усиливать его. Но более высоким КПД обладают те аппараты, которые работают на постоянном токе. Установки, работающие на переменном токе, применяются для резки металлов с относительно невысокой температурой плавления, к примеру, алюминия и сплавов на его основе.

В тех случаях, когда не требуется слишком высокая мощность плазменной струи, в качестве источников питания могут использоваться обычные инверторы. Именно такие устройства, отличающиеся высоким КПД и обеспечивающие высокую стабильность горения электрической дуги, используются для оснащения небольших производств и домашних мастерских. Конечно, разрезать деталь из металла значительной толщины с помощью плазмотрона, питаемого от инвертора, не получится, но для решения многих задач он подходит оптимально. Большим преимуществом инверторов является и их компактные габариты, благодаря чему их можно легко переносить с собой и использовать для выполнения работ в труднодоступных местах.

Более высокой мощностью обладают источники питания трансформаторного типа, с использованием которых может осуществляться как ручная, так и механизированная резка металла с использованием струи плазмы. Такое оборудование отличается не только высокой мощностью, но и более высокой надежностью. Им не страшны скачки напряжения, от которых другие устройства могут выйти из строя.

У любого источника питания есть такая важная характеристика, как продолжительность включения (ПВ). У трансформаторных источников питания ПВ составляет 100%, это означает, что их можно использовать целый рабочий день, без перерыва на остывание и отдых. Но, конечно, есть у таких источников питания и недостатки, наиболее значимым из которых является их высокое энергопотребление.

Как выполняется ручная плазменная резка?

Первое, что необходимо сделать для того чтобы начать использование аппарата для плазменной резки металла, - это собрать воедино все его составные элементы. После этого инвертор или трансформатор подсоединяют к заготовке из металла и к сети переменного тока.

Плазменная резка позволяет разрезать металл, но не резцом — этот агрегат имеет струю плазмы.

Суть работы плазморезки такова: между соплом, электродом или разрезаемым материалом образовывается электрическая дуга.

Из сопла выходит газ, он преобразовывается в плазму после воздействия электричеством.

Металл разрезается плазмой, температура которой может достигать 30 тыс. градусов.

В статье подробно рассмотрена технология плазменной резки металла, принцип ее работы и некоторые нюансы.

Резка металла с помощью плазмы бывает нескольких видов.

Это зависит от того, в какой среде происходит процесс:

• Простой - при разрезании используется электрический ток, воздух, иногда вместо воздуха применяют азот. При таком способе длина электрической дуги ограничивается. Если толщина листа несколько миллиметров, то параллельность поверхностей можно сравнить с лазерной резкой. Данный параметр можно соблюсти, разрезая металл, толщина которого 10 мм. Такой способ применяется при разрезании низколегированной или мягкой стали. Кислород применяют в качестве режущего элемента. Кромка после разреза остается ровной, заусенцы не образовываются. Кроме этого, в обработанной кромке металла содержится пониженное содержание азота;
• С применением защитного газа - в качестве такого газа используются защитный, плазмообразующий. С применением такой резки качество разрезания металла увеличивается, так как срез защищен от воздействия окружающей среды;
• С водой - вода во время разрезания металла защищает срез от влияния окружающей среды, охлаждает плазмотрон, все вредные испарения поглощаются водой.

Плазменная резка может быть разделительной, поверхностной. Чаще всего применяют разделительную резку.

Также разделяют резку по способам: дугой - при разрезании металла материал является частью электроцепи и струей - при разрезании металл не является частью электроцепи, дуга образовывается между электродами.

Преимущества резки плазмой

Плазменная резка имеет свои плюсы перед лазерной резкой:

• плазморезкой можно обработать любой металл: цветной, черный, тугоплавкий;
• скорость разрезания проходит быстрее, чем работа газовой резкой;
• плазморезкой доступна художественная работа - заготовки можно делать любой геометрической формы, доступна фигурная резка повышенной сложности, художественная резка металла плазмой и деталей;
• независимо от того, какова толщина разрезаемого металла, можно разрезать заготовку быстро, точно;
• плазморезкой можно разрезать не только металл, но и материалы, не содержащие в своем составе железа;
• разрезание материалов с помощью плазмы проходит гораздо эффективнее, быстрее, чем обычная резка механическим способом;
• в сравнении с лазерной резкой, плазморезка способна обрабатывать листы материала большой ширины, под углом. Изделия получаются с наименьшим количеством дефектов, загрязнений;
• при работе в воздух выбрасывается минимальное количество загрязняющих веществ;
• перед тем, как разрезать металл, его не нужно прогревать, таким образом сокращается время прожига;
• безопасность во время плазменной резки на высоком уровне, так как нет необходимости использовать газовые баллоны, которые очень взрывоопасны.

Наряду с преимуществами плазморезка имеет некоторые недостатки:

• высокая стоимость плазмотрона;
• толщина металла, который можно разрезать плазмотроном, не должна быть более 10 см;
• во время работы агрегат издает большой шум, так как газ подается на высокой скорости, близкой к скорости звука;
• плазмотрон необходимо правильно обслуживать;
• к плазмотрону нельзя прикрепить резаки, чтобы металл обрабатывать вручную.

Принцип действия плазмотрона

Плазменная резка металла проводится своими руками, которые не имеют в этом деле большого опыта. В данном разделе рассмотрен принцип действия прибора для плазменной резки.

Если в наличии есть специальный аппарат, то с легкостью можно разрезать металл, плитку из керамики, дерево или пластик своими руками, доступна также фигурная резка.

Кроме этого, аппаратом можно производить сварку цветных, черных металлов, закаливать элементы, выполнять огневую зачистку или отжиг поверхностей, производить художественную резку.

Пример действия плазморезки можно посмотреть на видео.

В отличие от лазерной, принцип резки плазмой заключается в нагревании до высокой температуры места нагрева именно плазмой. Она образуется в сопле из пара. Сопло имеет узкий канал.

В нем образовывается электродуга. Пар проходит через канал под давлением, вместе с этим дуга охлаждается.

Пар при выходе ионизируется, затем возникает струя плазмы, имеющая высокую температуру - до 6 тысяч градусов.

Схемы и чертежи помогут разобраться в конструкции плазморезки и в принципах образования режущей струи.

При проведении работ плазма не нагревает большой участок материала. Место, где разрез делала плазморезка, остывает гораздо быстрее, чем резка лазерной, механической техникой.

Рабочая жидкость в плазморезке призвана охлаждать сопло и катод, так как это самые нагруженные части аппарата.

Дуга стабилизируется в результате определенного отношения катода, сопла с паром. Резервуар плазмотрона содержит специальный материал, который впитывает влагу.

Он помогает рабочей жидкости переноситься к нагревателю. На катоде образовывается отрицательный заряд, на сопле - противоположный, в результате возникает дуга.

При воздействии плазморезкой своими руками, как и при лазерной, механической резке, следует быть осторожным и соблюдать правила безопасности.

Аппарат крайне травматичен для человека — высокое напряжение, нагрев, расплавленный материал.

Перед тем как приступать к работе, важно внимательно изучить схемы аппарата, осмотреть сопло, электрод, щиток на предмет закрепления.

Если они закреплены не надежно, работать плазморезкой нельзя. Также нельзя ударять аппаратом о металл с целью удаления брызг - так аппарат может повредиться.

Резка с помощью плазмы своими руками будет выполнена качественно, на срезе не будет окалины, заусенец, материал не деформируется, если при работе правильно рассчитать ток.

Чтобы это сделать, нужно применить действия, согласно схеме: подать высокий ток, произвести пару разрезов. По материалу будет видно, нужно снизить ток или оставить высоким.

Если для материала ток большой, то на нем будет образовываться окалина в результате его перегрева.

Технология работы плазморезкой

Перед тем как начать разрезание плазмой, стоит знать, как проходит весь процесс. В отличие от лазерной резки, горелку плазмы стоит разместить близко к краю материала.

После включения кнопки «пуск» будет зажжена сначала дежурная дуга, потом режущая. Горелку с режущей дугой необходимо медленно вести по материалу.

Причин можно отметить несколько: высокая скорость прохождения аппарата, низкий ток, горелка не находилась под углом в 90 гр. к разрезаемому металлу. Как правильно установить угол резки, показано на видео.

После завершения процесса, горелку нужно наклонить, как показывают схемы. Стоит помнить, что после выключения пуска, воздух будет идти еще какое-то время.

Проплавить полностью металл плазморезка сможет в тот момент, когда наклон составит 90 градусов и выше.

После включения аппарата — дождаться появления режущей дуги, создать между горелкой и материалом прямой угол. Так любая фигурная конструкция может получить отверстие.

При работе с плазморезкой стоит изучить схемы аппарата - в них указана наибольшая толщина металла, в котором можно сделать отверстие. Технология плазменной резки подробно показана на видео.

Как выбрать плазмотрон?

Чтобы производить резку металла плазморезкой своими руками, важно купить оборудование.

Резка с помощью плазмы может производиться двумя видами плазморезки:

1. Инвенторная - имеет компактные размеры, для ее работы необходимо малое количество энергии, аппарат легкий с привлекательным дизайном. В то же время у него непродолжительное включение, перепады напряжения негативно скажутся на аппарате;
2. Трансформаторная - высокая длительность включения, если напряжение будет скакать, плазморезка не выходит из строя. Размер, вес агрегата достаточно большие, энергии такая плазморезка также потребляет много.

При выборе плазмотрона для резки своими руками, рекомендуется обратить внимание на параметры.

Такая плазморезка сможет максимально удовлетворить потребности мастера и выполнить работу.

Мощность

В зависимости от того, каковы характеристики изделия, которое необходимо разрезать, выбирается мощность. Будет отличаться и размер сопла, тип газа.

Так, при мощности 60-90А плазморезка сможет справиться с металлом толщиной 30 мм.

Если необходимо разрезать большую толщину, то рекомендуется купить плазморезку с мощностью 90-170А.

Выбирая агрегат, учтите силу тока, напряжение, которое он сможет выдержать.

Время, скорость разрезания материала

Этот показатель меряют в см, которые аппарат сможет разрезать за 1 минуту. Одни плазморезки смогут разрезать металл за 1 минуту, а другие за 5.

При этом толщина материала будет одинаковая.

Если важно сократить время на резку, то стоит учесть скорость разрезания.
Аппараты отличаются временем работы - длительность разрезания металла, не перегреваясь.

Если указано, что длительность работы составляет 70 процентов, то это значит, что плазморезка будет работать 7 минут, после чего 3 минуты она должна остывать.

Если необходимо сделать длинные разрезы, то рекомендуется выбирать агрегаты с высокой продолжительностью работы.

Горелка плазморезки

Стоит оценить материал, который придется разрезать. Горелка плазморезки должна обладать мощностью, чтобы качественно его разрезать.

При этом стоит учесть, что условия работы могут быть сложными, резка - интенсивной.

Считается, что агрегаты с медным соплом очень прочные, почти не бьются, охлаждаются воздухом очень быстро.

На рукоятки таких плазморезок можно закрепить дополнительные элементы, поддерживающие наконечник сопла на определенном расстоянии. Это во много раз облегчает работу.

Если плазморезкой будет проводиться разрезание тонкого металла, то можно выбрать агрегат, в горелку которого поступает воздух.

Если планируется плазменная резка толстого металла, нужно предпочесть плазмотрон, в горелку которого будет подаваться азот.

Внешние характеристики

При плазморезке своими руками чаще всего выбирают переносные плазморезки, которые отличаются компактными размерами.

Ими не сложно управлять, не имея достаточного опыта, доступна фигурная резка.

Стационарные агрегаты имеют большой вес, предназначены для разрезания более толстых материалов, их цена соответственно будет больше.

Резка металлов необходима во множестве технологических процессов. Почти всегда механическая обработка начинается с раскраивания и резки материала. Одним из наиболее удобных и экономичных способов является плазменная резка металла. Она позволяет получать заготовки любой формы, которые почти не требуют последующей обработки.

Принцип работы

Для плазменной резки металла применяется воздействие струёй плазмы на заготовку. Плазма - это поток ионизированного газа, разогретого до температуры в тысячи градусов, который обладает электропроводностью и движется с большой скоростью. Формирование плазменной дуги из электрической производится аппаратом плазморез. Принцип работы плазмореза и этапы технологического процесса резки:

• Формируется дежурная электрическая дуга, которая зажигается между электродом плазмореза и его соплом или обрабатываемым металлом.
• После формирования дежурной дуги в камеру подаётся сжатый газ. Он расширяется в объёме и разогревается до температуры 20000 °C.
• Электрическая дуга ионизирует газ, он становится проводником электричества и превращается в струю плазмы. Эта струя разогревает металл в зоне обработки, расплавляет его и производит резку.

Для металлов и неметаллических материалов применяются разные принципы газоплазменной резки. Имеются два способа обработки материалов:

• Дуга горит между плазмотроном и изделием. Так работает резак прямого действия. Изделие при этом должно быть токопроводящим. Если требуется разрезать неметаллические изделия, применяется косвенный метод.
• Дуга зажигается в самом плазмотроне между электродом и соплом. Электрод является катодом, а на сопло подаётся положительный потенциал.

Во втором случае обработке могут подвергаться любые материалы: пластмассы, камень, бетон. Потенциал к детали не подводится и электропроводность не требуется.

Оборудование для резки плазмой

Для резки металла плазмой выпускаются аппараты промышленного и бытового назначения. Все агрегаты для резки плазмой имеют в своём составе:

• источник питания;
• плазмотрон;
• компрессор для нагнетания сжатого газа;
• кабели и шланги, служащие для соединения элементов оборудования.

Источник питания может представлять собой инвертор или трансформатор. Инверторные агрегаты лёгкие, экономичные, обладают высоким коэффициентом полезного действия. Их часто применяют в небольших производствах. Имеют ограничение по силе тока - 70 А, способны резать материал только небольшой толщины до 30 мм.

Трансформаторные устройства более мощные, имеют больший вес и размеры. Они более устойчивы к перепадам напряжений, способны к долгой непрерывной работе и часто используются в станках с ЧПУ. Оборудование с системой водяного охлаждения способно резать металл толщиной до 100 мм. Источники питания для резки с применением кислорода имеют силу тока в диапазоне 100-400 А. При использовании азота, как плазмообразующего газа, этот диапазон увеличивается до 600 А.

Плазмотрон - это основной узел всех установок. В его состав входит:

• внутренний электрод;
• рабочее сопло;
• изолирующий корпус с охлаждением;
• устройство подачи плазмообразующего вещества.

В зависимости от условий обработки применяют разные газы для плазменной резки. Для сталей и сплавов применяют кислород и воздух. Воздушно-плазменная резка используется для обработки низколегированных сталей. При обработке цветных металлов плазмообразующими газами могут быть аргон, азот, водород. Это обусловлено тем, что в среде кислорода цветные металлы начинают окисляться. Смесь аргона с водородом чаще используется для резки нержавеющей стали и алюминия.

Температура потока газа находится в пределах 5000-30000 °C. При нижних значениях температур обрабатываются цветные металлы, при верхних - тугоплавкие стали.

Скорость потока находится в пределах 500-1500 м/с. Настройка производится в зависимости от толщины, характеристик обрабатываемого материала и длительности работы.

Обработка в ручном режиме

Перед началом работы инвертор или трансформатор подключают к сети переменного тока. Обрабатываемую деталь подсоединяют к источнику питания. Следующий этап - сближение сопла и заготовки. Между ними должно оставаться 40 мм. После этого можно зажигать дежурную дугу. Когда дуга загорается, в сопло подаётся воздушный поток, который ионизируется и формирует струю плазмы.

При работах с плазморезом необходимо соблюдать правила техники безопасности. Нужно использовать специальный костюм и защитный лицевой щиток. Температуры при плазморезке достигают тысяч градусов, и для человека это может быть опасно. Поэтому надо стремиться автоматизировать процесс.

Достоинства и недостатки плазменной обработки

Работа агрегатов плазморезки часто внедряется в различные технологические процессы, связанные с раскроем и резкой металлических и неметаллических материалов. Это обусловлено наличием следующих преимуществ технологии раскроя с помощью плазменной дуги:

Но у метода плазменного раскроя есть и недостатки. К ним относятся:

Несмотря на эти недостатки, плазмотроны находят себе всё большее применение и на крупных предприятиях, и в маленьких домашних мастерских. Использование плазменной резки ускоряет обработку легированных сталей, а точность линии реза и способность вырезать криволинейные фигуры делают плазморезы незаменимыми во многих производственных процессах.

Плазменная резка широко используется в различных отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, изготовлении рекламы, коммунальной сфере, изготовлении металлоконструкций и в других отраслях. К тому же, в частной мастерской плазморез тоже может пригодиться. Ведь с помощью него можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы - пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Рез выполняется высокотемпературной плазменной дугой, для создания которой нужен лишь источник тока, резак и воздух. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки.

Аппарат под названием «плазморез» состоит из нескольких элементов: источника питания , плазменного резака/плазмотрона , воздушного компрессора и кабель-шлангового пакета.

Источник питания для плазмореза подает на плазмотрон определенную силу тока. Может представлять собой трансформатор или инвертор.

Трансформаторы более увесисты, потребляют больше энергии, но зато менее чувствительны к перепадам напряжения, и с помощью них можно разрезать заготовки большей толщины.

Инверторы легче, дешевле, экономнее в плане энергопотребления, но при этом позволяют разрезать заготовки меньшей толщины. Поэтому их используют на маленьких производствах и в частных мастерских. Также КПД инверторных плазморезов на 30 % больше, чем у трансформаторных, у них стабильнее горит дуга. Пригождаются они и для работы в труднодоступных местах.

Плазмотрон или как его еще называют «плазменный резак» является главным элементом плазмореза. В некоторых источниках можно встретить упоминание плазмотрона в таком контексте, что можно подумать будто «плазмотрон» и «плазморез» идентичные понятия. На самом деле это не так: плазмотрон - это непосредственно резак, с помощью которого разрезается заготовка.

Основными элементами плазменного резака/плазмотрона являются сопло , электрод , охладитель/изолятор между ними и канал для подачи сжатого воздуха.

Схема плазмореза наглядно демонстрирует расположение всех элементов плазмореза.

Внутри корпуса плазмотрона находится электрод , который служит для возбуждения электрической дуги. Он может быть изготовлен из гафния, циркония, бериллия или тория. Эти металлы приемлемы для воздушно-плазменной резки потому, что в процессе работы на их поверхности образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Тем не менее, используют не все эти металлы, потому что оксиды некоторых из них могут нанести вред здоровью оператора. Например, оксид тория - токсичен, а оксид бериллия - радиоактивен. Поэтому самым распространенным металлом для изготовления электродов плазмотрона является гафний. Реже - другие металлы.

Сопло плазмотрона обжимает и формирует плазменную струю, которая вырывается из выходного канала и разрезает заготовку. От размера сопла зависят возможности и характеристики плазмореза, а также технология работы с ним. Зависимость такая: от диаметра сопла зависит, какой объем воздуха может через него пройти за единицу времени, а от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы плазмотрона. Чаще всего сопло плазмотрона имеет диаметр 3 мм. Длина сопла тоже важный параметр: чем длиннее сопло, тем аккуратнее и качественнее рез. Но с этим надо быть поаккуратнее. Слишком длинное сопло быстрее разрушается.

Компрессор для плазмореза необходим для подачи воздуха. Технология плазменной резки подразумевает использование газов: плазмообразующих и защитных. В аппаратах плазменной резки, рассчитанных на силу тока до 200 А, используется только сжатый воздух, и для создания плазмы, и для охлаждения. Такого аппарата достаточно для разрезания заготовок 50 мм толщиной. Промышленный станок плазменной резки использует другие газы - гелий, аргон, кислород, водород, азот, а также их смеси.

Кабель-шланговый пакет соединяет источник питания, компрессор и плазмотрон. По электрическому кабелю подается ток от трансформатора или инвертора для возбуждения электрической дуги, а по шлангу идет сжатый воздух, который необходим для образования плазмы внутри плазмотрона. Более детально, что именно происходит в плазмотроне, расскажем ниже.

Как только нажимается кнопка розжига, источник питания (трансформатор или инвертор) начинает подавать на плазмотрон токи высокой частоты. В результате внутри плазмотрона возникает дежурная электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Дежурная дуга зажигается между электродом и наконечником сопла по той причине, что образование дуги между электродом и обрабатываемой заготовкой сразу - затруднительно. Столб дежурной дуги заполняет весь канал.

После возникновения дежурной дуги в камеру начинает поступать сжатый воздух. Он вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, вследствие чего нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Помимо этого воздух ионизируется и перестает быть диэлектриком, приобретая токопроводящие свойства.

Суженное к низу сопло плазмотрона обжимает воздух, формирует из него поток, который со скоростью 2 - 3 м/с вырывается из сопла. Температура воздуха в этот момент может достигать 25000 - 30000 °С. Именно этот высокотемпературный ионизированный воздух и является в данном случае плазмой. Ее электропроводимость примерно равна электропроводимости металла, который обрабатывается.

В тот момент, когда плазма вырывается из сопла и соприкасается с поверхностью обрабатываемого металла, зажигается режущая дуга, а дежурная дуга гаснет. Режущая/рабочая дуга разогревает обрабатываемую заготовку в месте реза - локально. Металл плавится, появляется рез. На поверхности разрезаемого металла появляются частички расплавленного только что металла, которые сдуваются с нее потоком воздуха, вырывающегося из сопла. Это самая простая технология плазменной резки металла.

Катодное пятно плазменной дуги должно располагаться строго по центру электрода/катода. Чтобы это обеспечить, используется так называемая вихревая или тангенциальная подача сжатого воздуха. Если вихревая подача нарушена, то катодное пятно смещается относительно центра электрода вместе с плазменной дугой. Это может привести к неприятным последствиям: плазменная дуга будет гореть нестабильно, может образовываться две дуги одновременно, а в худшем случае - плазмотрон может выйти из строя.

Если увеличить расход воздуха, то скорость плазменного потока увеличится, также увеличится и скорость резки. Если же увеличить диаметр сопла, то скорость уменьшится и увеличится ширина реза. Скорость плазменного потока примерно равна 800 м/с при токе 250 А.

Скорость реза - тоже важный параметр. Чем она больше, тем тоньше рез. Если скорость маленькая, то ширина реза увеличивается. Если увеличивается сила тока, происходит то же самое - ширина реза увеличивается. Все эти тонкости относятся уже непосредственно к технологии работы с плазморезом.

Параметры плазмореза

Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.

Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.

На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:

• CUT - разрезание;
• TIG - аргонодуговая сварка;
• MMA - дуговая сварка штучным электродом.

Например, плазморез FoxWeld Plasma 43 Multi совмещает все перечисленные функции. Его стоимость 530 - 550 у.е. Характеристики, касающиеся плазменной резки: сила тока - 60 А, толщина заготовки - до 11 мм.

Кстати, сила тока и толщина заготовки - основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.

Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.

Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.

Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное - фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие. В зависимости от сложности и размеров аппарата цена может быть от 3000 у.е. до 20000 у.е.

Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва. Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.

Наиболее разумно будет приобрести плазморез готовый, заводского исполнения. В таких аппаратах все учтено, отрегулировано и работает максимально идеально. Но некоторые умельцы «Кулибины» умудряются смастерить плазморез своими руками. Результаты получаются не очень удовлетворительными, так как качество реза хромает. В качестве примера приведем урезанный вариант, как можно сделать плазморез самостоятельно. Сразу оговоримся, что схема далека от идеала и лишь дает общее понятие процесса.

Итак, трансформатор для плазмореза должен быть с падающей ВАХ.

Пример на фото: первичная обмотка - снизу, вторичная - сверху. Напряжение - 260 В. Сечение обмотки - 45 мм2, каждая шина 6 мм2. Если установить силу тока на 40 А напряжение падает до 100 В. У дросселя также сечение 40 мм2, наматывался той же шиной, всего около 250 витков.

Для работы нужен воздушный компрессор, естественно, заводского исполнения. В данном случае использовался агрегат производительностью 350 л/мин.

Самодельный плазморез - схема работы .

Плазмотрон лучше приобрести заводской, он обойдется примерно в 150 - 200 у.е. В данном примере плазмотрон изготавливался самостоятельно: медное сопло (5 у.е.) и гафниевый электрод (3 у.е.), остальное «кустарщина». За счет чего расходники быстро вышли из строя.

Схема работает так: на резаке находится кнопка пуск, при ее нажатии реле (р1) подает на блок управления напряжение, реле (р2) подает напряжение на трансформатор, затем пускает воздух для продувки плазмотрона. Воздух осушает камеру плазмотрона от возможного конденсата и выдувает все лишнее, на это у него есть 2 - 3 секунды. Именно с такой задержкой срабатывает реле (р3), которое подает питание на электрод для поджига дуги. Затем включается осциллятор, который ионизирует пространство между электродом и соплом, как результат загорается дежурная дуга. Далее плазмотрон подносится к изделию и загорается режущая/рабочая дуга между электродом и заготовкой. Реле геркона отключает сопло и поджиг. Согласно данной схеме, если режущая дуга внезапно погаснет, например, если сопло попало в отверстие в металле, то реле геркона снова подключит поджиг и спустя несколько секунд (2 - 3) загорится дежурная дуга, а затем режущая. Все это при условии, что кнопка «пуск» не отпускается. Реле (р4) пускает воздух в сопло с задержкой, после того, как отпустили кнопку «пуск» и режущая дуга погасла. Все эти предосторожности необходимы для того, чтобы продлить ресурс сопла и электрода.

Самостоятельное изготовление плазмореза в «домашних» условиях дает возможность изрядно сэкономить, но о качестве реза говорить не приходится. Хотя если за работу возьмется инженер, то результат может быть даже лучше заводского исполнения.

Станок плазменной резки с ЧПУ может позволить себе не каждое предприятие, ведь его стоимость может достигать 15000 - 20000 у.е. Довольно часто такие организации заказывают выполнение работ плазменной резки на специальных предприятиях, но это тоже обходится недешево, особенно если объемы работ большие. Но ведь так хочется свой новый станок плазменной резки, а средств не хватает.

Помимо известных профильных заводов есть предприятия, которые занимаются производством станков плазменной резки, закупая лишь профильные детали и узлы, а все остальное изготавливают самостоятельно. В качестве примера мы расскажем, как делают станки плазменной резки с ЧПУ инженеры в производственном цеху.

Составляющие станка плазменной резки своими руками:

• Стол 1270х2540 мм;
• Ременная передача;
• Шаговые детали;
• Линейные направляющие HIWIN;
• Система, управляющая высотой факела THC;
• Блок управления;
• Стойка-терминал, в котором находится блок управления ЧПУ, стоит отдельно.

Характеристики станка :

• Скорость перемещения по столу 15 м/мин;
• Точность установки позиции плазмотрона 0,125 мм;
• Если использовать аппарат Powermax 65, то скорость реза будет 40 м/мин для 6 мм заготовки или 5 м/мин для заготовки толщиной 19 мм.

На подобный станок плазменной резки металла цена будет около 13000 у.е., не включая источник плазмы, который придется приобрести отдельно - 900 у.е.

Для изготовления такого станка комплектующие заказываются отдельно, а затем все собирается самостоятельно по такой схеме:

• Готовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем.
• Сваривается рама станка в виде стола. Можно использовать трубы квадратного сечения. Вертикальные «ноги» необходимо усилить укосинами.

• Рама покрывается грунтовкой и краской, чтобы защитить от коррозии.

• Изготавливаются опоры для станка. Материал опор - дюраль, болты 14 мм, гайки лучше приварить к болтам.

• Сваривается водяной стол.

• Устанавливаются крепления для реек и ставятся рейки. Для реек используется металл в виде полосы 40 мм.
• Устанавливаются линейные направляющие.
• Корпус стола зашивается листовым железом и окрашивается.
• Устанавливается портал на направляющие.

• На портал устанавливается двигатель и концевые индуктивные датчики.
• Устанавливаются рельсовые направляющие, зубчастая рейка и двигатель оси Y.

• Устанавливаются направляющие и двигатель на оси Z.
• Устанавливается датчик поверхности металла.

• Устанавливается кран для слива воды из стола, ограничители для портала, чтобы не съехал со стола.
• Устанавливаются кабель-каналы Y,Z и X.

• Все провода прячутся в гофру.
• Устанавливается механизированная горелка.

• Далее изготавливается терминал с ЧПУ. Сначала сваривается корпус.
• В корпус терминала с ЧПУ устанавливается монитор, клавиатура, модуль ТНС и кнопки к нему.

Все, станок плазменной резки с ЧПУ готов.

Несмотря на то, что плазморез имеет достаточно простое устройство, все же не стоит браться за его изготовление без серьезных познаний в сварочном деле и большого опыта. Новичку проще заплатить за готовое изделие. А вот инженеры, желающие воплотить свои знания и умения в домашних условиях, что называется «на коленке», могут попробовать создать плазморез своими руками от начала и до конца.

Для резки металлов используют несколько различных методов отличающихся друг от друга себестоимостью и эффективностью. Некоторые способы используются исключительно для промышленных целей другие также можно применять и в быту.

К последним относится плазменная резка металлов. Эффективность плазменного раскроя ограничивается опытом мастера и правильным выбором установки.

• Что такое плазменная резка металла?
• На чем основан принцип проведения работ?
• Какие сферы применения имеет этот способ раскроя материалов?

Основы резки металлов плазмой

Чтобы понять основы резки металла с помощью плазменного метода следует для начала уяснить, что же такое плазма? От правильного понимания того как устроен плазматрон и принципов работы с ним зависит качество конечного результата.

Термическая плазменная обработка металлов зависит от параметров рабочей струи газа или жидкости, направленной под давлением на обрабатываемую поверхность. Для достижения необходимых результатов струю доводят до следующих характеристик:

• Скорость - струя направляется под высоким давлением на поверхность материала. Можно сказать, что плазменный раскрой металла основан на разогревании металла до температуры плавления и быстрого выдувания его. Рабочая скорость струи при этом составляет от 1,5 до 4 км в сек.
• Температура - для образования плазмы необходимо практически моментально разогреть воздух до 5000-30000°C. Высокая температура достигается благодаря созданию электрической дуги. При достижении необходимой температуры воздушный поток ионизируется и меняет свои свойства, приобретая электропроводность. Технология плазменной резки металла подразумевает использование систем нагнетания воздуха, а также осушителей, которые удаляют влагу.
• Наличие электрической цепи. Все о раскрое металла плазмой можно узнать только на практике. Но некоторые особенности необходимо учитывать еще до приобретения установки. Так, существуют плазмотроны косвенного и прямого воздействия. И если для вторых обязательно, чтобы обрабатываемый материал пропускал электричество и был включен в общую электрическую сеть (выступая в роли электрода), то для первых такой необходимости нет. Плазма для резки металла в таком случае получается с помощью встроенного электрода внутри держателя. Этот способ используют для металлов и других материалов, которые не проводят электричество.

Еще один важный момент, который следует учитывать, это то, что плазменная резка толстого металла практически не выполняется, так как это ведет к увеличенным материальным затратам и малоэффективно.

Характеристики и принцип резки металла плазмой

Основной принцип работы плазменной резки металла можно описать следующим образом:

Так как процесс связан с моментальным разогревом разрезаемого материала до жидкого состояния, толщина металла при резке составляет:

• алюминий до 120 мм;
• медь 80 мм;
• углеродистая и легированная сталь до 50 мм;
• чугун до 90 мм.

Существуют два основных способа обработки материалов, от которых зависят характеристики плазменной резки. А именно:

1. Плазменно-дуговая - способ подходит для всех видов металла, которые в состоянии проводить электрический ток. Обычно плазменно-дуговую резку используют для промышленного оборудования. Суть способа сводится к тому, что плазма образовывается за счет дуги, которая появляется непосредственно между поверхностью обрабатываемого материала и плазмотроном.
2. Плазменно-струйная – в этом случае дуга возникает в самом плазмотроне. Плазменно-струйный вариант обработки более универсален, позволяет разрезать неметаллические материалы. Единственным недостатком является необходимость периодической замены электродов.

Плазменная резка металла работает как обычная дуговая, но без использования привычных электродов. Но эффективность способа обработки прямо пропорциональна толщине обрабатываемого материала.

Скорость и точность резки металла плазмой

Как и при любом другом виде термической обработки, при плазменной резке металла происходит определенное оплавление металла, что отражается на качестве реза. Существуют и другие особенности, которые являются характерными для этого метода. А именно:

От профессионализма мастера во многом зависит качество выполнения работ. Чистый и точный рез с минимальным отклонением от необходимых размеров может выполнить только работник с профильным образованием. Без соответствующей подготовки выполнить фигурную резку вряд ли получится.

Плазменная резка цветных металлов

При обработке цветных металлов используются разные способы резки в зависимости от типа материала, его плотности и других технических характеристик. Для разрезания цветных сплавов требуется соблюдения следующих рекомендаций.

Где применяется плазменный раскрой металла

Использование плазмотронов не зря пользуется такой большой популярностью. При относительно простой эксплуатации и незначительной стоимости ручной установки (по сравнению с другим оборудованием для резки) удается достичь высоких показателей относительно качества реза.

Применение плазменной резки металла получило распространение в следующих сферах производства:

Применение станков с плазменной резкой не заменило ручных установок. Так художественная резка металла плазмой позволяет сделать уникальные детали точно соответствующие замыслу художника, для использования их в качестве декоративных украшений для заборов и лестниц, а также перил, ограждений и т. д.

Резка металла плазмой – преимущества и недостатки

Без резки металла не может обойтись практически ни одно промышленное предприятие, так или иначе связанное с металлопрокатом. Быстрое разрезание листового материала на заготовки, декоративная фигурная резка металла плазмой, вырезание точных отверстий – все это можно выполнить достаточно быстро с помощью плазмотрона. Плюсы, которые имеет метод, заключаются в следующем:

• Высокая производительность и скорость обработки деталей. По сравнению с обычным электродным методом можно выполнить объемы работ от 4 до 10 раз больше.
• Экономичность - плазменный метод намного выигрывает на фоне стандартных способов обработки материалов. Единственные ограничения связанны с толщиной металла. Нецелесообразно и экономически невыгодно разрезать с помощью плазмы сталь толще 5 см.
• Точность - деформации от тепловой обработки практически незаметны и не требуют дополнительной обработки впоследствии.
• Безопасность.

Все эти преимущества плазменной резки металла объясняют, почему метод пользуется настолько широкой популярностью не только в промышленных, но и бытовых целях.

Но говоря о плюсах необходимо заметить и некоторые отрицательные стороны:

• Ограничения, связанные с толщиной реза. Даже у мощных установок максимальная плотность обрабатываемой поверхности не может быть выше, чем 80-100 мм.
• Жесткие требования относительно выполнения обработки деталей. От мастера требуется четко придерживаться угла наклона резака от 10 до 50 градусов. При несоблюдении этого требования нарушается качество реза, а также ускоряется износ комплектующих.

Сравнение плазменной и лазерной резки металла

Отличие лазерной резки металла от плазменной заключается в методах воздействия на поверхность материала.

Лазерные установки обеспечивают большую производительность и скорость обработки деталей, при этом после выполнения операции наблюдается меньший процент оплавленности. Минусом лазерного оборудования является его высокая стоимость, а также то, что толщина разрезаемого материала должна быть меньше 20 мм.

По сравнению с лазером плазмотрон имеет меньшую стоимость, более широкую сферу применения и функциональные возможности.